[发明专利]一种采用Isobam凝胶注模制备YAG基多层复合结构透明陶瓷的方法

说明书

本发明公开了一种采用Isobam凝胶注模制备YAG基多层复合结构透明陶瓷的方法，所制备的多层陶瓷满足下式所示的结构：YAG/Re:YAG/YAG或YAG/Re:YAG/Re:YAG，其中YAG层由Y₃A1₅O₁₂组成，Re:YAG层由(Y_1‑xRe_x)₃A1₅O₁₂组成，0.02≤x≤0.2；Re为稀土元素铈、镨、钕、钐、铕、铽、镝、钬、铒、铥或镱中的一种；首先配制Isobam凝胶注模成型用浆料，然后将浆料进行除泡处理后浇注到模具中，第一层浆料凝胶固化后再浇注其他层浆料，完全凝胶化后干燥处理，排胶；将排胶后的素坯真空烧结退火，双面抛光后即得多层复合结构透明陶瓷。本发明提供的方法以水基浆料为主，绿色环保，制得的陶瓷具有高密度、结构复杂、光学质量好、透过率高、界面离子扩散范围小等特点，非常适于大尺寸及复合结构YAG基透明陶瓷材料的制备。

技术领域

本发明属于先进陶瓷领域，涉及一种多层复合结构透明陶瓷的制备方法，尤其涉及一种采用Isobam凝胶注模制备YAG基多层复合结构透明陶瓷的方法。

背景技术

Nd:YAG激光陶瓷作为激光器的工作物质，具有掺杂原子系数高、光学性质优良、热导率高、损伤阈值高、激光输出效率高、耐热冲击性好、易制造、成本低、尺寸大、可大批量生产、易获得多层和多功能陶瓷结构等优点，在高功率固体激光器领域发挥着重要作用。其他稀土离子如Yb,Er,Ho,Tm和过渡金属离子 Cr等掺杂的YAG透明陶瓷在产生不同激光波长、调谐脉冲宽度(皮秒、飞秒等) 等方面也引起了广泛关注。

然而，由于受到其制备工艺不灵活以及结构单一化的影响，尤其是结构单一的增益介质材料在激光系统运作过程中将产生致命的热效应问题：热应力、热力双折射和热透镜效应等，导致固体激光器很难向着大尺寸和高功率的方向发展。而传统的固相反应烧结法制备的YAG透明陶瓷结构单一，不能有效的控制热效应，而几年来一些制备复合结构材料的方法，如等离子喷涂法、加热模压法、激光熔覆法、磁控溅射法等等，存在制备成本高、光学质量差、透过率低、结构整体性差、热效应控制能力一般等一系列问题。近年来，注浆成型、流延成型制备多功能复合结构透明陶瓷已取得了较大进展，使激光器的各项性能得到了很大的提高和改善，但是制备过程中需要冷/温等静压，才能让多层得到紧密键合，增加了制造成本，同时也不利于多层复杂结构和形状的透明陶瓷的制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用Isobam凝胶注模制备YAG基多层复合结构透明陶瓷的方法，工艺简单环保，制得的陶瓷致密性高，均匀性好，透过率高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种采用Isobam凝胶注模制备YAG基多层复合结构透明陶瓷的方法，所制备的多层陶瓷满足下式所示的结构：YAG/Re:YAG/YAG或YAG/Re:YAG/Re:YAG，其中YAG层由Y₃A1₅O₁₂组成，Re:YAG层由(Y_1-xRe_x)₃A1₅O₁₂组成，0.02≤x≤0.2；Re为稀土元素铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)或镱(Yb)中的一种，以形成掺杂YAG陶瓷粉体；具体步骤如下：